第2章原子結(jié)構(gòu)

1、第二章 原子結(jié)構(gòu)分子：分子：原子：原子：離子：離子： 構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒: : 保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒。保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒?；瘜W(xué)變化中的最小微粒?；瘜W(xué)變化中的最小微粒。帶電荷的微粒。分為陽(yáng)離子，陰離子。帶電荷的微粒。分為陽(yáng)離子，陰離子。知識(shí)回顧知識(shí)回顧 一、原子的組成一、原子的組成: : 原子核原子核核外電子核外電子質(zhì)子質(zhì)子中子中子元素種類元素種類原子原子( (核素核素) )種類種類元素的化學(xué)性質(zhì)元素的化學(xué)性質(zhì)決定決定決定決定決定決定第一節(jié) 原子的組成AZ原子( X)AZX:代表一個(gè)質(zhì)量數(shù)為代表一個(gè)質(zhì)量數(shù)為A A，質(zhì)子數(shù)為，質(zhì)子數(shù)為Z Z的原子。的原子。* *質(zhì)量

2、數(shù)（質(zhì)量數(shù)（A A）質(zhì)子數(shù)（）質(zhì)子數(shù)（Z Z）中子數(shù)（）中子數(shù)（N N） 質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)= =核電荷數(shù)核電荷數(shù)= =核外電子數(shù)核外電子數(shù)= =原子序數(shù)原子序數(shù)元素和原子序數(shù)l元素：原子核里核電荷數(shù)（即質(zhì)子數(shù)）相同的一類原子的總稱。l原子序數(shù)：將元素按該核電荷數(shù)（即質(zhì)子數(shù)）由小到大排列成序，形成的序號(hào)稱為該原子的原子序數(shù)。二、同位素l相同質(zhì)子數(shù)，不同中子數(shù)的一類原子的總稱。l碳C元素的同位素：l平均原子量：具有同位素的原子量是按照各種天然同位素原子所占的百分比計(jì)算出來的平均值，稱為平均原子量。l平均原子量=）%*x（XAC126C136C146第二節(jié) 核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)核外電子運(yùn)動(dòng)的特征l電子云模

3、型電子云模型（現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)說）（現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)說）l 現(xiàn)代科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，電子在原子核周現(xiàn)代科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，電子在原子核周圍有的區(qū)域出現(xiàn)的次數(shù)多，有的區(qū)域出現(xiàn)的次圍有的區(qū)域出現(xiàn)的次數(shù)多，有的區(qū)域出現(xiàn)的次數(shù)少，就像數(shù)少，就像“云霧云霧”籠罩在原子核周圍。因而籠罩在原子核周圍。因而提出了提出了“電子云模型電子云模型”。l 電子云密度大的地方，表明電子在核外單位體電子云密度大的地方，表明電子在核外單位體積內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，反之，出現(xiàn)的機(jī)會(huì)少。積內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，反之，出現(xiàn)的機(jī)會(huì)少。 電子云與原子軌道思考思考: : 宏觀物體與微觀物體（電子）的運(yùn)動(dòng)宏觀物體與微觀物體（電子）的運(yùn)動(dòng)有什么區(qū)別有

4、什么區(qū)別? ?宏觀物體的運(yùn)動(dòng)特征：宏觀物體的運(yùn)動(dòng)特征：l可以準(zhǔn)確地測(cè)出它們?cè)谀骋粫r(shí)刻所處可以準(zhǔn)確地測(cè)出它們?cè)谀骋粫r(shí)刻所處的位置及運(yùn)行的速度；的位置及運(yùn)行的速度；l可以描畫它們的運(yùn)動(dòng)軌跡?？梢悦璁嬎鼈兊倪\(yùn)動(dòng)軌跡。微觀物體的運(yùn)動(dòng)特征電子的質(zhì)量很小，只有9.1110-31kg核外電子的運(yùn)動(dòng)范圍很?。ㄏ鄬?duì)于宏觀物體而言）；電子的運(yùn)動(dòng)速度很大；電子云與原子軌道 電子在核外空間的一定運(yùn)動(dòng)范圍叫做一個(gè)原子軌道； 一個(gè)原子軌道最多容納兩個(gè)兩個(gè)電子。電子云與原子軌道圖中圖中 表示原子核，一個(gè)小黑點(diǎn)代表表示原子核，一個(gè)小黑點(diǎn)代表電子在這里出現(xiàn)過一次電子在這里出現(xiàn)過一次小黑點(diǎn)的小黑點(diǎn)的疏密疏密表示電子在表示電子在核

5、外空間單核外空間單位體積內(nèi)位體積內(nèi)出現(xiàn)的出現(xiàn)的概率概率的大小。的大小。電子云現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)說課后作業(yè)l1、描述一個(gè)原子的組成及各組分之間的關(guān)系。l2、比較質(zhì)量數(shù)和平均原子量。電子層數(shù)電子層數(shù) 1 2 3 4 5 6 7電子層符號(hào)電子層符號(hào) K L M N O P Q電子能量電子能量 低低 高高離核距離離核距離 近近 遠(yuǎn)遠(yuǎn)1、主量子數(shù)主量子數(shù)n（電子層）（電子層）描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù)原子核外的電子可以看作是分層排布原子核外的電子可以看作是分層排布的。處于不同層次中的電子，離核的的。處于不同層次中的電子，離核的遠(yuǎn)近也不同。離核愈近的電子能級(jí)愈遠(yuǎn)近也不同。離核愈近的電子能級(jí)愈低，離核愈遠(yuǎn)

6、的電子能級(jí)愈高。低，離核愈遠(yuǎn)的電子能級(jí)愈高。每層最多電子數(shù)（每層最多電子數(shù)（2n2）2 8 18 32四個(gè)量子數(shù)2 2、角量子數(shù)角量子數(shù)ll ：能級(jí)：能級(jí)( (電子亞層電子亞層) )即使在同一電子層中的電子，能量也常有差別，它們電子云的形狀也不相同。所以每一個(gè)電子層，又可以分作幾個(gè)電子亞層，分別用s、p、d、f等符號(hào)來表示 主量子數(shù)主量子數(shù)1 12 23 34 4能層能層K KL L M MN N角量子數(shù)角量子數(shù)0 00 01 10 01 12 20 01 12 23 3符號(hào)符號(hào)1s1s 2s2s 2p2p 3s3s 3p3p 3d3d 4s4s 4p4p 4d4d 4f4f最多電子數(shù)最多電子

7、數(shù)2 22 26 62 26 610102 26 61010 1414第一電子層只有一個(gè)亞層，第二電子層有兩個(gè)，以第一電子層只有一個(gè)亞層，第二電子層有兩個(gè)，以此類推，第此類推，第n個(gè)電子層最多有個(gè)電子層最多有n個(gè)亞層。個(gè)亞層。3、磁量子數(shù)磁量子數(shù)m：軌道軌道(電子云的伸展方向電子云的伸展方向)電子云不僅有確定的形狀，而且有一定的伸展方向。s電子云是球形對(duì)稱的，在空間各個(gè)方向上伸展的程度相同。p電子云在空間可以有三種互相垂直的伸展方向。d電子云可以有五種伸展方向，f電子云可以有七種伸展方向。如把在一定電子層上，具有一定形狀和伸展方向的電子云所占據(jù)的空間稱為一個(gè)軌道，那么s、p、d、f四個(gè)能級(jí)就分

8、別有1、3、5、7個(gè)軌道四個(gè)量子數(shù)s s 軌道軌道磁量子數(shù)與原子軌道zzyyxxp p 軌道軌道l對(duì)于角量子數(shù)為l 的原子，m的取值有 （2l +1）個(gè)。（注意（注意l l 的取值從的取值從0開始?。╅_始?。﹍n、l 相同的軌道被稱為簡(jiǎn)并軌道四個(gè)量子數(shù)與電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的關(guān)系主量子數(shù)n1234角量子數(shù)l00101201231s2s2p3s3p3d4s4p4d4f磁量子數(shù)ms00000000001111112223亞層軌道數(shù)(2l+1)1131351357每亞層最多容納電子數(shù)2262610261014電子層最多容納電子數(shù)281832四個(gè)量子數(shù)四個(gè)量子數(shù)4 4、自旋量子數(shù)自旋量子數(shù)m ms s：描

9、述電子繞自軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)描述電子繞自軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài), ,分分別用別用和和表示表示自旋運(yùn)動(dòng)使電子具有類似于微磁體的行為自旋運(yùn)動(dòng)使電子具有類似于微磁體的行為 每個(gè)原子軌道最多容納每個(gè)原子軌道最多容納一對(duì)一對(duì)電子電子 產(chǎn)生方向相反的磁場(chǎng)產(chǎn)生方向相反的磁場(chǎng) 相反自旋的一對(duì)電子相反自旋的一對(duì)電子, , 磁場(chǎng)相互抵消磁場(chǎng)相互抵消. . Electron spin visualized原子軌道能級(jí)圖多電子軌道能級(jí)： E=n+0.7 l l多電子原子軌道能級(jí)由n值與l 值共同決定 規(guī)律：規(guī)律： l l 相同，相同，nn，則，則EE。 E E1s1s E E2S2S E E3S3S E E2P2P E E3P3P

10、E E4P4P 原子軌道能級(jí)圖l n相同， l ，則E 。l Ens Enp End Enf鮑林近似能級(jí)圖鮑林近似能級(jí)圖能級(jí)屏蔽效應(yīng)屏蔽效應(yīng)：內(nèi)：內(nèi)層電子對(duì)外層層電子對(duì)外層電子的排斥作電子的排斥作用，削弱了核用，削弱了核對(duì)外層電子吸對(duì)外層電子吸引作用引作用鉆穿效應(yīng)：外層電子滲入原子內(nèi)部空間，更靠近原子核所產(chǎn)生的效果 因此描述核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，必須同時(shí)指出電子所處的電子層、電子亞層、電子云的伸展方向和電子的自旋方向?？偨Y(jié)總結(jié)課后作業(yè)l1、描述四個(gè)量子數(shù)的意義及取值規(guī)則l2、列出n=4時(shí)的各量子數(shù)取值，及每亞層最多容納的電子數(shù)，能量從低到高排列順序。第三節(jié) 原子核外電子的排布原子中電子的排布l

11、基態(tài)原子核外電子的排布遵循以下規(guī)律基態(tài)原子核外電子的排布遵循以下規(guī)律能量最低原理能量最低原理保利（保利（Pauli）不相容原理）不相容原理洪特（洪特（Hund）規(guī)則）規(guī)則原子中電子的排布l保利不相容原理含義：在同一個(gè)原子里，不存在四個(gè)量子數(shù)（運(yùn)動(dòng)狀態(tài)）完全相同的電子。書寫：各層最多容納2n2 個(gè)電子l最外層不超過最外層不超過8個(gè)（個(gè)（K層層2個(gè)）個(gè)）l次外層不超過次外層不超過18個(gè)，個(gè)，l倒數(shù)第三層不超過倒數(shù)第三層不超過32個(gè)。個(gè)。原子中電子的排布l能量最低原理任何體系都是能量越低越穩(wěn)定在核外電子排布中，電子總是盡量最先占有能量最低的軌道，只有能量最低的軌道被占滿后，電子才能依次占有能量較高的

12、軌道1s 2s 2pF對(duì)對(duì)錯(cuò)錯(cuò)1s 2s 2pF原子中電子的排布l 電子排布的表示l 1、軌道表示式：以氯原子為例電子層123電子亞層1s2s2p3s3p3d核外電子數(shù)2262501s 2s 2p 3s 3pCl原子中電子的排布l電子排布的表示l2、電子排布式：主量子數(shù)+亞層符號(hào)+每亞層電子數(shù)l以氯原子為例：lCl：1s2 2s2 2p6 3s2 3p5原子中電子的排布 說明： 為了簡(jiǎn)化原子的電子結(jié)構(gòu)，通常將內(nèi)層已達(dá)稀有氣體的電子層結(jié)構(gòu)，用稀有氣體加方括號(hào)表示，并稱為“原子實(shí)”。此種排布式稱為：原子實(shí)排布式例：F、Cl的電子排布式為： Cl：Ne 3s2 3p5 F：He 2s2 2p5 17

13、第第1層層第第2層層第第3層層K層層L層層M層層原子核原子核原子核帶正電原子核帶正電核電荷數(shù)核電荷數(shù)287原 子 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖原 子 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖簡(jiǎn)略表示原子中電子的排布l 電子排布的表示l 3、價(jià)電子層結(jié)構(gòu)式：l 外圍電子構(gòu)型：原子實(shí)排布式去掉原子實(shí)部分 價(jià)電子構(gòu)型：最外層電子排布式外圍電子構(gòu)型價(jià)電子構(gòu)型Cl3s2 3p53s2 3p5Br3d10 4s2 4p54s2 4p5外圍電子構(gòu)型外圍電子構(gòu)型價(jià)電子構(gòu)型價(jià)電子構(gòu)型原子中電子的排布l洪特規(guī)則在同一能級(jí)中的各個(gè)軌道上，傾向于盡可能在同一能級(jí)中的各個(gè)軌道上，傾向于盡可能分占不同的軌道，而且它們的自旋方向相同。分占不同的軌道，而且

14、它們的自旋方向相同。這樣的排布，使整個(gè)原子的能量最低這樣的排布，使整個(gè)原子的能量最低1s 2s 2pC1s 2s 2pN1s 2s 2pO原子中電子的排布l洪特規(guī)則特例：對(duì)于同一能級(jí)，當(dāng)電子排布為全充滿、半特例：對(duì)于同一能級(jí)，當(dāng)電子排布為全充滿、半充滿或全空時(shí)，整個(gè)原子體系最穩(wěn)定充滿或全空時(shí)，整個(gè)原子體系最穩(wěn)定 p6 d10 f14 全充滿全充滿p3 d5 f7 半充滿半充滿p0 d0 f0 全空全空原子中電子的排布寫出Cr和Cu的電子排布式： Cr(24) 電子填充式為： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4 考慮洪德規(guī)則特例： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s

15、1 3d5 所以其電子排布式為： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1原子中電子的排布 Cu(29) 電子填充式為： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9 考慮洪德規(guī)則特例： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 所以其電子排布式為： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1要求：熟練掌握118號(hào)元素課后作業(yè)l1、寫出原子序數(shù)110的元素的核外電子排布的軌道表示式、電子排布式、原子實(shí)排布式、價(jià)電子構(gòu)型。（有時(shí)間的同學(xué)還可以嘗試寫出1118號(hào)元素的電子排布）l2、書上習(xí)題P24，習(xí)題24。第四節(jié)元素周期律與元素周期表元素周期

16、律l周期律：元素以及由其形成的單質(zhì)與化合物的性質(zhì)，隨著原子序數(shù)（核電荷數(shù)）的遞增，呈周期性的變化。l元素周期表：周期律的圖表形式門捷列夫的元素周期表（1869）現(xiàn)代元素周期表的特點(diǎn)l七主七副八與零l三短三長(zhǎng)一不全l將同一能級(jí)的元素按原子序數(shù)從小到大排列成一個(gè)橫行,即周期l把最外層電子數(shù)相同的元素按電子層數(shù)遞增的順序從上到下排成縱行，即族總結(jié):周期（7個(gè)）族（16個(gè)）短周期長(zhǎng)周期不完全周期第一周期第二周期第六周期第三周期第五周期第四周期第七周期 2 種 8 種 8 種 18 種 18 種 32 種 26 種主族副族第VIII族0 族共 7個(gè)主族，包括短周期和長(zhǎng)周期元素共 7個(gè)副族，只包括在長(zhǎng)周期

17、中包括第8、9、10 縱行稀有氣體元素（1）周期號(hào)數(shù)等于電子層數(shù)。）周期號(hào)數(shù)等于電子層數(shù)。（2）各周期元素的數(shù)目等于相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道所能）各周期元素的數(shù)目等于相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道所能容納的電子總數(shù)。容納的電子總數(shù)。（3）主族元素的族號(hào)數(shù)等于原子最外層電子數(shù)。）主族元素的族號(hào)數(shù)等于原子最外層電子數(shù)。（4）長(zhǎng)式周期表的主表從左到右可分為長(zhǎng)式周期表的主表從左到右可分為s區(qū)，區(qū)，d區(qū)，區(qū)，ds區(qū)，區(qū)， p區(qū)區(qū)4個(gè)區(qū)，有的教科書把個(gè)區(qū)，有的教科書把ds區(qū)歸入?yún)^(qū)歸入d區(qū)；副表區(qū)；副表(鑭系和鑭系和錒系錒系)是是f區(qū)元素區(qū)元素ds區(qū)區(qū)現(xiàn)代元素周期表的特點(diǎn)a、主族元素的族數(shù)=原子最外層的電子數(shù) 特點(diǎn)：次外

18、層的電子數(shù)為8或18 b、副族元素：主族元素以外的其它元素 特點(diǎn)：8次外層的電子數(shù)18 族數(shù)=(n-1)d+ns的電子數(shù)（第族外） c、B、B副族元素的特點(diǎn) (n-1)d10ns12 族數(shù)=最外層的電子數(shù)d、第族的特點(diǎn): (n-1)d68ns21 210(1)nd ns e、元素的分區(qū)、元素的分區(qū) s區(qū) ns1-2 p區(qū) ns2np1-6 d區(qū) （n-1)d1-9ns1-2 ds區(qū) (n-1)d10ns1-2 f區(qū) (n-2)f1-14(n-1)d0-1ns2 內(nèi)過渡元素過渡元素 現(xiàn)代元素周期表的特點(diǎn)元素性質(zhì)的周期性l有效核電荷l原子半徑l電離能l電子親和能l電負(fù)性l元素的金屬性和非金屬性l元

19、素的氧化值l（1）適用金屬元素 （2）固體中測(cè)定兩個(gè)最鄰近原子 的核間距一半（1）適用非金屬元素 （2）測(cè)定單質(zhì)分子中兩個(gè)相鄰原子的核 間距一半 嚴(yán)格地講，由于電子云沒有邊界，原子半徑也就無一定數(shù)。嚴(yán)格地講，由于電子云沒有邊界，原子半徑也就無一定數(shù)。 迄今所有的原子半徑都是在結(jié)合狀態(tài)下測(cè)定的。迄今所有的原子半徑都是在結(jié)合狀態(tài)下測(cè)定的。 金屬半徑金屬半徑(metallic radius)共價(jià)半徑共價(jià)半徑(covalent radius)原子半徑(atomic radius)同周期原子半徑的變化趨勢(shì) (一)總趨勢(shì)：隨著原子序數(shù)的增大,原子半徑自左至右減小.解解 釋釋: 電子層數(shù)不變的情況下，有效核

20、電荷的增大導(dǎo)致核對(duì)外層電子的引力增大.同族總趨勢(shì)：同族總趨勢(shì)： 自上至下減小自上至下減小同周期總趨勢(shì)：同周期總趨勢(shì)： 自左至右增大自左至右增大電離能電離能 I ( ionization energy)電子親和能電子親和能Y ( electron affinity) 元素的電子親和能越大，原子獲取電子的能力越強(qiáng),即非金屬性越強(qiáng)。1.原子半徑增大，電子親和能減小2.原子半徑減小，電子親和能增大3.電子構(gòu)型越穩(wěn)定，電子親和能越大 電負(fù)性 1、分子中（元素間相互化合時(shí)），原子對(duì)電、分子中（元素間相互化合時(shí)），原子對(duì)電子吸引能力的大小，稱為該元素的電負(fù)性。子吸引能力的大小，稱為該元素的電負(fù)性。 討論：討

21、論：a、元素的非金屬性越強(qiáng)，其電負(fù)性就越大，最大者為F=4.0 b、元素的金屬性越強(qiáng)，其電負(fù)性就越小， 最小者為Cs =0.7 2、電負(fù)性的三種標(biāo)度、電負(fù)性的三種標(biāo)度 a、鮑林電負(fù)性 b、密立根電負(fù)性 c、阿萊-羅周電負(fù)性 如果原子吸引電子的趨勢(shì)相對(duì)較強(qiáng), 元素在該化合物中顯示電負(fù) 性(electronegative);如果原子吸引電子的趨勢(shì)相對(duì)較弱,元素在該 化合物中則顯示電正性(electropositive). 化合物 電負(fù)性元素 電正性元素 ClO2 (Cl-O化合物) O(3.44) Cl(3.16) HCl Cl(3.16) H(2.20)電負(fù)性 ( electronegativity)電負(fù)性變化的形象表示電負(fù)性變化的形象表示元素的金屬性與非金屬性l元素的金屬性：原子失去電子成為陽(yáng)離子的能力電離能l元素的非金屬性：原子得到電子成為陰離子的能力電子親和能l一般來說，金屬電負(fù)性小于2，非金屬的電負(fù)性大于2元素的金屬性和非金屬性強(qiáng)弱的判斷依據(jù) 元素元素金屬性金屬性 元素單質(zhì)與酸反應(yīng)的難易元素單質(zhì)與酸反應(yīng)的難易 （易易強(qiáng)）強(qiáng)） 元素單質(zhì)與水反應(yīng)的難易元素單質(zhì)與水反應(yīng)的難易 （易易強(qiáng)）強(qiáng)） 元素最高價(jià)氧化物的水化物（氫氧化物）元素最高價(jià)氧化物的水化物（氫氧化物） 的堿性強(qiáng)弱的堿性強(qiáng)弱 （強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)）強(qiáng)） 元素最高價(jià)氧化物的水化物元素最高價(jià)氧化物的水化物